楊藝 肖廣兵

摘?要：本文設(shè)計了一套基于挖掘機公司實時工作監(jiān)測系統(tǒng)，由供電模塊、無線通信模塊、車輛GPS監(jiān)控模塊、LTC699主處理器模塊、車輛報警模塊等組成，針對目前挖掘機管理效率低下，工作進度太慢，無法親臨現(xiàn)場等問題可通過本系統(tǒng)對挖掘機進行監(jiān)測。該系統(tǒng)具有操作簡單，功能全面等特點，能夠提高挖掘機管理的效率和決策的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞： LTC699;實時監(jiān)控;無線通信

文章編號： 2095-2163（2021）01-0069-05 中圖分類號：TU621 文獻標(biāo)志碼：A

【Abstract】This paper designs a real-time monitoring system for a hydraulic excavator company， which is composed of power supply module， LTC699 main processor module， wireless communication module， upper computer management system， vehicle alarm module etc. Aiming at the problems of low efficiency of excavator management， slow work progress， being unable to visit the site， etc.， the system can be used to monitor the excavator. The system has the characteristics of simple operation and comprehensive functions， which can improve the efficiency of excavator management and the accuracy of decision making.

【Key words】LTC699; real time monitoring; wireless communication

0 引?言

近年來，隨著建筑機械的需求倍增，其中涉及的挖掘機系列的發(fā)展也極為迅速，并已然成為當(dāng)下工程建設(shè)中最重要的建筑機械之一[1]。目前，黃志雄等人[2]對挖掘機實時監(jiān)測的研究在一定程度上便捷了對挖掘機的管理。然而，現(xiàn)有挖掘機在管理過程中，主要存在以下問題：管理員無法及時獲知挖掘機的工作狀態(tài)，無法得知挖掘機工作是否按時按量完成，無法精準(zhǔn)地判知車輛是否安全。這些問題將導(dǎo)致挖掘機管理效率低下，車輛的實時信息獲取難度較大，在整體上就延緩了預(yù)定的工作進度。

基于此，本文設(shè)計了一種基于挖掘機實時工作監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括實時監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)[3]，通過實時監(jiān)控可以及時掌握車輛的工作狀態(tài)，挖掘機工作的關(guān)鍵實時信息通過?GPS [4]同步傳輸至上位機管理界面，對此數(shù)據(jù)加以處理后，就可得到相應(yīng)車輛或所有車輛的實時工作信息。當(dāng)遇到緊急情況時，可由管理員通過報警系統(tǒng)進行上報，實時發(fā)送報警信息和獲取定位，避免駕駛員出現(xiàn)危險，從而降低人員傷亡可能以及更大財產(chǎn)損失。

1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，挖掘機實時工作監(jiān)測系統(tǒng)由上位機管理系統(tǒng)[5]、實時監(jiān)控、報警裝置、數(shù)據(jù)處理傳輸模塊組成。系統(tǒng)主要實現(xiàn)挖掘機工作監(jiān)控、工作量統(tǒng)計、車輛時速、里程、停滯時間、實時位置等的監(jiān)測。數(shù)據(jù)通過無線通信[6]網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，整合到上位機管理得到車輛狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)，核實車輛是否正常工作。報警系統(tǒng)[7]可由管理員進行自主上報，及時發(fā)送報警信息，避免挖掘機在實施搶險救災(zāi)或是較危險工作、遇到突發(fā)情況可能導(dǎo)致的駕駛員受傷害的嚴(yán)重后果發(fā)生。

2 硬件電路設(shè)計

基于挖掘機公司實時工作監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要包括：供電模塊、主處理器模塊、無線通信模塊、車輛GPS監(jiān)控模塊、車輛報警模塊等。硬件設(shè)備以LTC699主處理器模塊為核心，其他模塊以供電模塊作為輔助，與處理器的串口連接，完成車輛的實時監(jiān)控。對比擬展開研究分述如下。

2.1 供電模塊

處理器模塊采用1.0～5.0 V直流電壓，無線通信模塊采用3.0～3.6 V的直流電壓，車輛GPS監(jiān)控模塊采用3.1～3.5 V直流電壓，車輛報警模塊采用最大正向電壓為1V的直流電壓，供電模塊可保證大電流、低電壓的輸入。供電模塊采用TPS54310[8-9]芯片具有良好的輸出功率特性，可以用于處理器邏輯復(fù)位、故障信號檢測和持續(xù)供電。設(shè)定輸入電壓與實際電壓之間的最大誤差為3.3%，精度高，穩(wěn)定性好。供電模塊如圖2所示。圖2中，C1、C2等是電容，起到濾波降壓的作用;SS/ENA管腳可以延長啟動時間。供電模塊電路結(jié)構(gòu)簡單，可以適用于挖掘機的艱苦作業(yè)，輸出電壓穩(wěn)定，滿足硬件設(shè)備的電量需求。

2.2 處理器模塊

本系統(tǒng)的核心硬件在于LTC699[10]處理器，通過處理器對實時監(jiān)控的分析以及處理整合，實現(xiàn)對大量車輛的管理。

LTC699的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3所示。LTC699是一種基于電腦的微處理器，具有體積小、功能強、超低功耗、片內(nèi)資源豐富、開發(fā)環(huán)境方便高效等特點。同時，LTC699具有4.65 V 電壓監(jiān)視器以及比較器電路用來監(jiān)視電源線路。是MAX699[11]的優(yōu)秀替代產(chǎn)品。是關(guān)鍵性的微處理器電壓監(jiān)視。

2.3 無線通信模塊

無線傳感模塊電路如圖4所示。圖4中，無線傳感器通常的工作電壓范圍為3.0 ～3.6V。這種電源采用了TLFA274穩(wěn)壓器，可轉(zhuǎn)換3～40V的電壓。該模塊微控制器選用ATMEL atmega88[12]，不僅功耗低，可以快速轉(zhuǎn)換主動模式以及待機模式，而且還內(nèi)置了A/D轉(zhuǎn)換器[13]。此設(shè)計相對靈活，能夠使用多種帶寬、傳感器、天線、電源類型。大幅改善了測試設(shè)備對真實所處環(huán)境的影響，使得測試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

2.4 車輛GPS監(jiān)控模塊

GPS模塊是一種采用低功耗主芯片的超小型外部GPS接收模塊。靈敏度高，功能齊備，體型小，重量輕，滿足實時定位的嚴(yán)格要求。該模塊也滿足RoHS要求[14]。?車輛GPS監(jiān)控模塊如圖5所示。在圖5中，C1、C2等是電容，起到濾波降壓的作用;芯片組采用SIRF3[15];輸入電壓在3.1～3.5V之間;定位資料更新所需頻率為1Hz，較其他類別射頻收發(fā)芯片有明顯的優(yōu)勢，適用于挖掘機艱苦作業(yè)。

2.5 車輛報警模塊

車輛報警模塊如圖6所示。由圖6可知，車輛報警模塊系統(tǒng)監(jiān)測出車輛發(fā)生緊急情況或故障時做出語音提示并報警。在模塊中插入1N4148[16]開關(guān)二極管。此二極管是一種利用二極管導(dǎo)通與截止特性達(dá)到關(guān)斷與導(dǎo)通電路目的的高速開關(guān)。該模塊能夠形成恒流穩(wěn)壓電路并完善地保護元器件，具有輸出穩(wěn)定性好、輸出過流、過熱自動保護等特點。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件研發(fā)選用?Visual Basic 6.0設(shè)計的系統(tǒng)的界面?？蓪囕v實時狀態(tài)進行查詢，了解對應(yīng)車輛的實時狀態(tài)，對車輛實現(xiàn)安全有效的監(jiān)控，而且有利于對大量車輛進行管控。節(jié)省人力物力，用最方便快捷的方式完成車輛的批量管理及系統(tǒng)管理。

軟件主界面如圖7所示。由圖7可知，該軟件由車輛實時工作監(jiān)測、車輛信息查詢、工作實時監(jiān)控、工作量查詢、實時天氣情況、車主反饋系統(tǒng)界面組成，分別實現(xiàn)車輛軌跡等系統(tǒng)查詢、車輛信息查詢、工作實時監(jiān)控、工作量、實時天氣及車主反饋的功能，功能詳備，方便快捷。

系統(tǒng)軟件流程如圖8所示。圖8中，管理員登錄成功后即可看到5個界面，首先是車輛實時工作監(jiān)測。目前挖掘機的發(fā)展相對較快，挖掘機工作環(huán)境復(fù)雜，工作地點多變，可通過對車輛的工作進行實時監(jiān)測，得知車輛所處地點，以及里程等信息。車輛信息查詢可得知車輛是否可以繼續(xù)使用，是否達(dá)到報廢標(biāo)準(zhǔn)，同時可以對車輛是否具有隱患進行排查。工作實時監(jiān)控可以看到所有車輛的工作監(jiān)控，也可以有針對性地查詢相應(yīng)車輛工作監(jiān)控。工作量查詢可以得知車輛近一個星期及一個月的工作情況。實時天氣情況可得知是否適宜挖掘機進行工作。車主反饋可以提出自己的建議與意見。

軟件的核心在于車輛實時監(jiān)控，通過LTC699 微處理器的實時監(jiān)控，得到車輛的相應(yīng)數(shù)據(jù)，對車輛能否安全施工進行判定，可以對各個數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，從而達(dá)到高效率的工作。

實時狀態(tài)監(jiān)測如圖9所示。由圖9可知，車輛的實時狀態(tài)可通過查詢具體車牌號，查詢對應(yīng)車輛的實時狀態(tài)，及時得知車輛在對應(yīng)時間的位置、時速、里程及停車時間。通過對應(yīng)地圖反饋可以得知車輛工作所到達(dá)的地點，清晰便捷地得知車輛在對應(yīng)時間內(nèi)的各個信息?？刹皇軙r間、距離的約束，遠(yuǎn)程得知車輛的實時情況。

車輛針對監(jiān)控如圖10所示。圖10中，通過對車牌號的選擇，可針對查詢到車輛的實時車速、油壓、油量、車輛溫度、行駛里程在限定范圍內(nèi)等是否正常，也可以看到對應(yīng)車輛工作的實時監(jiān)控[17]，確保對應(yīng)車輛在規(guī)定的工作時間內(nèi)正常工作，顯著提高車輛工作的效率，有效避免了工作人員存在怠工情況，不僅如此，還可對車輛進行管控，得知對應(yīng)車輛是否突發(fā)緊急狀況或是遇到自然災(zāi)害天氣車輛能否繼續(xù)工作，是否存在安全隱患等。

工作量界面如圖11所示。通過對近一周時間的選擇，得到對應(yīng)時間的有關(guān)車輛的工作量，通過統(tǒng)計圖可以直觀地查詢到車輛工作情況的柱狀圖，得知車輛有無認(rèn)真按時完成工作量，是否存在怠工現(xiàn)象。通過點擊上報數(shù)據(jù)及保存數(shù)據(jù)，向車輛管理部門發(fā)送信息，傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)即可。點擊月完成率可做到對月完成率的查詢。

點擊月完成率后，如圖12所示，通過對車牌號的選擇，可以看到近六個月的月完成量折線圖，利用大數(shù)據(jù)可以清晰地得知各個車輛的工作情況。通過上傳數(shù)據(jù)可以向車輛管理部門進行上報，保存數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

本文以LTC699 微處理器為核心，通過實時監(jiān)控對車輛進行信息采集、匯總上報，得知車輛是否處于正常工作狀態(tài)。除此之外，若遇到緊急情況可及時上報處理，確保駕駛員的生命安全，減少了人工管理的麻煩，并可實現(xiàn)車輛的高效控制管理。該設(shè)計方案適用于挖掘機公司及時了解車輛的工作情況，并能提高公司管控車輛的效率，結(jié)構(gòu)簡單，可以直接應(yīng)用在生產(chǎn)實踐中。

參考文獻

[1]李鐵生. 中國挖掘機行業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量， 2003（8）：38-40.

[2]黃志雄， 何清華， 張新海，等. 小型挖掘機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 工程機械與維修， 2004（5）：65-66.

[3]周小四， 楊杰， 朱一坦. 用于監(jiān)控智能報警系統(tǒng)的圖像識別技術(shù)[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報， 2002， 36（4）：498-501.

[4]王曉華， 胡友健， 肖鸞. GPS技術(shù)應(yīng)用于變形監(jiān)測的綜述[J]. 淮陰工學(xué)院學(xué)報， 2005， 14（3）：36-39.

[5]張宏坡， 康龍云. 基于OPC技術(shù)的PLC上位機管理系統(tǒng)[J]. 制造業(yè)自動化， 2011， 33（9）：72-75.

[6]周怡颋， 凌志浩， 吳勤勤. ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用探討[J]. 自動化儀表， 2005， 26（6）：5-9.

[7]中華人民共和國公安部. 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范：CB50116-98[M].北京：中國計劃出版社， 1999.

[8]褚成琴， 茹運蕊， 栗武華. 基于TPS54310的高速數(shù)字信號處理平臺的多路電源設(shè)計[J]. 電光系統(tǒng)， 2010（4）：16-18.

[9]劉東海， 任勇峰， 李圣昆. 基于TPS54310的雷達(dá)視頻信號模擬器的電源設(shè)計[J]. 國外電子元器件， 2008（4）：49-51.

[10]GILDER S， COURTILLOT V. Timing of the North-South China collision from new middle to late mesozoic paleomagnetic data from the North China block[J]. Journal of Geophysical Research Solid Earth， 1997， 102（B8）：17713-17727.

[11]MAX E E， BATTEY J ， NEY R ， et al. Duplication and deletion in the human immunoglobulin epsilon genes[J]. Cell， 1982， 29（2）：691-699.

[12]MASSI C， INDINO E ， LAMI C ， et al. The antiviral activity of a synthetic peptide derived from the envelope SU glycoprotein of feline immunodeficiency virus maps in correspondence of an amphipathic helical segment[J]. Biochem Biophys Res Commun， 1998， 246（1）：160-165.

[13]Atmel Corp. AVR095： Migrating between ATmega48， ATmega88 and ATmega168[Z]. USA：Atmel Corp，2004.

[14]劉增俊. A/D轉(zhuǎn)換器[J]. 電子世界， 2012（19）：97-98.

[15]佚名. RoHS標(biāo)準(zhǔn)[J]. 標(biāo)準(zhǔn)生活， 2009（6）：52-54.

[16]SOEDIATNOS， RAHADIAN D， JALIRNIN D. Prototip payload Untuk Roket Uji Muatan[J]. Electrical Engineering Journal， 2011，14：66-80.

[17]DZINAVATONGA K. Design and characterization of a 1N4148 diode-based digital thermometer with single calibration point[J]. Journal of Instrumentation， 2008， 3（10）：T10001.

[18]COMERD， STEVENS D L. Internetworking with TCP/IP[M]. Upper Saddle River， NJ， United States：Prentice Hall PTR ，1993.

[19]楊天軍， 楊曉光. GPS/GIS車輛實時監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)研究[J]. 城市交通， 2004，2（1）：17-20.